.jpg)
محتویات:
اصل لوشاتلیه (Le Chatelier,s Principle)
برای پرش به مطلب مربوط به هر عنوان، بر روی آن عنوان در قسمت بالا کلیک کنید.
اصل لوشاتلیه (Le Chatelier,s Principle)
اصل لوشاتلیه که همچنین اصل شاتلیه نیز نامیده میشود، برای پیش بینی تأثیر یک تغییر در شرایط حاکم بر یک تعادل شیمیائی بکار میرود. هنری لوئیس لوشاتلیه و کارل فردیناند براون این اصل را بطور جداگانه پیدا کردند. اصل لوشاتلیه بصورت زیر میتواند بیان شود:
«اگر به یک سیستم شیمیائی در حال تعادل یک تغییر در غلظت، دما، حجم یا فشار جزئی اعمال شود، در آنصورت تعادل به نحوی (در جهتی) جابجا میشود که با تغییر اعمال شده مقابله کند و تعادلی جدید بر سیستم حاکم شود».
اثر هریک از تغییرات یاد شده را در ادامه بررسی مینمائیم.
با افزایش غلظت یک ماده شرکت کننده در یک واکنش تعادلی، تعادل به سمتی جابجا میشود که غلظت آن ماده کاهش یابد یا آن ماده مصرف شود، اما کاهش غلظت ناشی از جابجایی تعادل، افزایش غلظت عمدی را جبران نخواهد کرد و در هنگام برقرار تعادل جدید، غلظت ماده مربوطه در مقایسه با تعادل اولیه از خود افزایش نشان خواهد داد، اما مقدار افزایش غلظت تعادلی کمتر از مقدار افزایش اولیه غلظت است. مطالب فوق بطور بالعکس برای کاهش عمدی غلظت یک ماده نیز صادق است.
اثر غلظت در صنایع شیمیائی برای افزایش بازدهی یا مقدار تولید یک محصول بکار میرود. در واکنشهای تعادلی با اضافه نمودن مواد اولیه یا با حذف محصول تولید شده سعی میکنند تعادل را به سمت رفت و تولید بیشتر محصول جابجا کنند.
بحث اثر دما بر روی واکنشهای تعادلی میتواند با درنظر گرفتن گرمای مبادله شده بعنوان ماده اولیه یا محصول در واکنش تعادلی مشابه بحث اثر غلظت شود. برای واکنشهای گرمازا که انجام واکنش در جهت رفت همراه با تولید گرماست، گرما بعنوان یک محصول و برای واکنشهای گرماگیر که انجام واکنش در جهت رفت همراه با مصرف گرما است. گرما بعنوان یک ماده اولیه درنظر گرفته میشود. سپس کاهش دما معادل کاهش یا مصرف گرما و افزایش دما معادل افزایش یا تولید گرما فرض میشود. بنابراین مشابه با بحث اثر غلظت، با کاهش دما واکنش به سمتی جابجا میشود که همراه با تولید گرما باشد تا گرمای تولید شده با کاهش دما مقابله کند و بالعکس با افزایش دما واکنش به سمتی جابهجا میشود که همراه با مصرف گرما باشد تا مصرف گرما با افزایش دما مقابله کند. بعبارتی افزایش دما واکنش را به سمت گرماگیر و کاهش دما واکنش را به سمت گرمازا سوق میدهد.
جهت جابجایی تعادل بخاطر تغییر دما میتواند بآسانی با درنظر گرفتن بحث اثر تغییر دما بر روی مقدار ثابت تعادل که در بخش "تعادل در واکنش و ترمودینامیک (مقدماتی)" ارائه شد، درک شود. همانطور که در بحث یاد شده اشاره نمودیم، مقدار ثابت تعادل واکنشهای گرمازا با افزایش دما کاهش مییابد، درحالیکه مقدار ثابت تعادل واکنشهای گرماگیر با افزایش دما افزایش مییابد و کاهش دما اثری معکوس اثر افزایش دما دارد. بنابراین با افزایش دما برای واکنشهای گرمازا مقدار ثابت تعادل کمتر شده و بایستی غلظت محصولات کاهش و غلظت مواد اولیه افزایش یابد تا مجدداً رابطه ثابت تعادل برقرار شود یا بعبارتی با افزایش دما واکنش گرما در جهت برگشت که گرماگیر است، جابجا خواهد شد یا معادلاً افزایش دما واکنش را به سمت گرماگیر سوق خواهد داد. برای موارد دیگر نیز میتوان بطور مشابه بحث نمود و به همان نتیجه قبلی رسید.
در صنایع شیمیائی از افزایش دما برای افزایش هم سرعت و هم بازدهی واکنشهای تعادلی گرماگیر استفاده میکنند. در مورد واکنشهای تعادلی گرمازا گرچه کاهش دما منجر به افزایش بازدهی میشود، اما معمولاً بعلت کاهش سرعت واکنش مطلوب نیست.
باتوجه به اینکه برای گازها فشار جزئی گاز و غلظت گاز باهم رابطه مستقیم دارند، بنابراین اثر تغییر فشار جزئی معادل اثر تغییر غلظت در دمای ثابت خواهد بود و مشابهاً میتواند بحث شود. پس با افزایش فشار جزئی یک گونه گازی شکل در تعادل، واکنش تعادلی در جهتی جابجا میشود که آن گونه گازی شکل را مصرف کند و بالعکس. مثلاً برهمین اساس میتوان بحث نمود که چرا با افزایش فشار جزئی یک گاز بر روی آب، مقدار گاز حل شده در آب افزایش مییابد.
باتوجه به اینکه در مورد مخلوط های گازی شکل، فشار کل با تعداد مول گازی شکل رابطه مستقیم دارد، بنابر اصل لوشاتلیه با کاهش حجم یا افزایش فشار کل واکنش تعادلی به سمتی جابهجا میشود که تعداد مولهای گازی شکل کل کمتری دارد و بالعکس با افزایش حجم یا کاهش فشار کل واکنش تعادلی به سمتی جابهجا میشود که تعداد مولهای گازی شکل کل بیشتری دارد. بعبارتی کاهش تعداد مولهای گازی شکل کل با افزایش فشار کل یا کاهش حجم و افزایش تعداد مولهای گازی شکل کل با کاهش فشار کل یا افزایش حجم مقابله میکند.
دقت داشته باشید که در بحث بالا فشار کل شامل مجموع فشارهای جزئی تنها مواد گازی شکل شرکت کننده در واکنش تعادلی است و مقدار فشارهای جزئی دیگر گونههای گازی شکل، که در سیستم حضور دارند، اما در واکنش تحت بررسی شرکت نمیکنند، در فشار کل یاد شده دخالت داده نمیشود. بعنوان مثال افزودن یک گاز نجیب مثل نئون به سیستم تعادلی گرچه منجر به افزایش فشار کل سیستم میشود، اما از آنجائیکه مجموع فشارهای جزئی مواد گازی شکل شرکت کننده در واکنش تعادلی یا حجم در دسترس آنها تغییر نمیکند، جابجایی تعادلی هم صورت نمیگیرد و مقادیر فشارهای جزئی مواد گازی شکل بدون تغییر می مانند.
نحوه جابجایی تعادل باتوجه به تغییر در غلظت، دما، حجم یا فشار جزئی را دیدیم. باید توجه داشته باشیم که اصل لوشاتلیه تنها جهت جابجایی تعادل را باتوجه به تغییر اعمال شده نتیجه میدهد و چیزی در مورد چرایی آن یا مقدار جابجایی تعادل و غلظتهای تعادلی جدید نمیگوید. برای یافتن غلظتهای تعادلی جدید بایستی از بحثها و روشهای اشاره شده قبلی (مثلاً در بخش "محاسبه غلظتهای تعادلی") استفاده کنیم.
بایستی متذکر شویم که یکی از تغییرات قابل اعمال به سیستمهای تعادلی اضافه نمودن کاتالیزور است. اضافه نمودن کاتالیزور سرعت واکنشهای رفت و برگشت وسرعت رسیدن به تعادل را تحت تأثیر قرار میدهد (زیاد میکند)، اما اثری بر روی موقعیت تعادل یا مقدار غلظتهای تعادلی ندارد. بعبارتی اضافه نمودن کاتالیزور تعادل را جابجا نمیکند و بهمین جهت در بحثهای قبلی اشارهای به کاتالیزور نشده بود.